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1、 天文学是自然界中最古老、最基本的学科。但永 远是最前沿的科学，随着空间探测技术的发展，人们对 宇宙的认识越来越深入。到现在为止，天文学给出的更 多的是问题，而非答案。众所周知，自然界有四大基本起源问题:宇宙的起 源,太阳系的起源,生命的起源,人类的起源。要回答这些问题，离不开天文学知识，离不开掌 握自然科学多领域的复合型人才。俗话说的好：上知天文、下晓地理。这是对个人知 识渊博的一种赞美。天文学宇宙的含义 英文：英文：Universe Universe 天地万物，强调天地万物，强调 物质现象的总和物质现象的总和。Cosmos Cosmos 来自希来自希 腊文，还有井然有序之义，强调的是腊文，
2、还有井然有序之义，强调的是整整 体宇宙的结构或构造体宇宙的结构或构造。 中文中文: : “四方上下曰宇, 往古来今曰宙 ，以喻万物。” 淮南子原道训即空间和时间的总和，最为完备和科学 ，体现了中国古代劳动人民所具有的伟 大智慧。宇宙的现代概念-无限 宇宙是指广漠空间和其中存在的各种天体 以及弥漫物质的总称，并且宇宙是处于不 断的运动和发展之中的。 人类目所能及的地方以及人类还没有看到 但是仍然存在的物质都是宇宙。 天文学上的总星系即所谓的“可观测宇宙” 。何谓天体物理学？ 天体物理天体物理 = = 天天 体体 | | 物物 理理（天文学）（天文学） | |（物理学）（物理学） 天体物理学天体物
3、理学是应用物理学的技术、方法 和理论，研究天体的形态、结构、化学 组成、物理状态和演化规律的天文学分 支学科，属于边缘学科之一。属于边缘学科之一。天体宇宙的基本特性 物质性：天体多样性 运动性：天体系统层次性什么是天体？ 天体指宇宙中所有的物质。天体的类型 自然天体：恒星、行星、卫星、星云、 流星、彗星、星际物质（气体和尘埃） ； 人造天体：在空间飞行的人造地球卫星 、国际空间站等天体系统是怎样形成的？ 天体之间相互吸引和相互绕转，形成天体系 统。太阳大,地球小,地球绕着太阳跑。地球大,月亮小,月亮绕着地球跑。 运动性：天体系统层次性总星系银河系河外星系太阳系恒星世界地月系其他行星系 总星系“
4、可观测宇宙” ：天体物理学的研究方法 物质客体的三个层 次 微观客体 宏观客体 宇观客体 u天体的三个层次太阳与太阳系恒星与银河系星系与宇宙天体物理的研究方法 观测方法主要借助光学望远镜和射电望远镜 来获取宇宙信息； 实验方法它是观测手段发展到高级阶段的产 物，如人造卫星、登月飞船、航天飞机、空间探 测器、太空望远镜、太空站等人类用于探测宇宙 的实验手段。 还有”粒子物理实验模拟宇宙的形 成”等； 理论方法利用数学、力学、物理学和其他学 科的成果，通过理论推理得到有关天体的科学结 论。天体物理学研究的意义 精确的时间和历法仍然是按照太阳和恒星的运 动确定。（例如测时、守时、授时） 可用于人造卫
5、星运动轨道的控制，以及地面导 航、通信等。（轨道计算、太阳黑子） 可启发人们去思考、探索与人类的现在和未来 息息相关的各种应用技术。（核聚变、新的更 有效能量转换方式） 可提高学生的科学文化素质、树立正确的宇宙 观，提高辨别是非的能力、反对迷信和邪教的 危害。人与宇宙 农业与航行需要天象知识； 得天独厚的地球养育人类； 生命的起源来自宇宙空间； 生命的元素来自恒星（血红细胞中的Fe 、骨骼里的Ca、呼吸的O2）； 热核聚变 太阳能源的启示； 牛顿的万有引力定律来自天体运动观测 ； 天象预报, 保卫地球。宇宙起源学说 神话说 盖天说 浑天说 宣夜说 地心说 日心说 大爆炸 说 星云说浑天说的两大
6、法宝 浑仪，当时最先进的观天 仪。浑天家可以用精确的 观测事实来论证浑天说。 在中国古代，依据这些观 测事实制定的历法具有相 当的精度。 浑象，利用它可以形象地 演示天体的运行。浑天说 能简洁的解释日月星辰的 运行出没。 宣夜说 宣夜说是我国历史上最有卓见的宇宙无限论思想。它 最早出现于战国时期，到汉代则已明确提出。 不论是中国古代的盖天说、浑天说，还是西方古代的 地心说，乃至哥白尼的日心说，无不把天看作一个坚 硬的球竞，星星都固定在这个球壳上。宣夜说打破了 固体天球的观念， 认为宇宙是无限的，宇宙中充满着 气体，所有天体都在气体中漂浮运动。星辰日月的运 动规律是由它们各自的特性所决定的，决没
7、有坚硬的 天球或什么本轮、均轮的束缚。 宣夜说创造了天体漂浮于气体中的理论，并且在它的 进一步发展中认为连天体自身、包括遥远的恒星和银 河都是由气体组成。这和现代天文学的许多结论一致 。 宣夜说不仅认为宇宙在空间上是无边无际的，而且还 进一步提出宇宙在时间上也是无始无终的、无限的思 想。它在人类认只史上写下了光辉的一页。可惜，宣 夜说的卓越思想，在中国古代没有受到重视，几至失 传。 地心说 地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说，是 世界上第一个行星体系模型。代表人物：欧多 克斯、亚里士多德、托勒密 托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从 地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、 火星、木星和
8、土星，在各自的圆轨道上绕地球 运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂 些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地 运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有 恒星的天球恒星天。再外面，是推动天体 运动的原动天。支持和发展“日心说”的代表人物 伽利略用自制天文望远镜观测星 空，看到月球表面很多特征，金 星像月球一样有圆缺变化，发现 木星的四颗卫星，提供太阳系的 新证据，又从太阳黑子运动推断 太阳在自转，分辨出银河是有密 集恒星组成，写了星空使者 和关于托勒密和哥白尼两大世 界体系的对话，开创了近代天 文学。 用观测事实证明宇宙是无限的， 影响更大，遭教廷残酷迫害，被 命令焚毁著作，终身禁闭！天理
9、何在？支持和发展“日心说”的代表人物 开普勒：行星运行三大定律 “椭圆轨道 ” 牛顿：万有引力定律，奠立天体力学基 础，哈雷彗星的回归和海王星的发现显 示牛顿理论的威力！大爆炸说 最有影响、最有希望的一种宇 宙学说。 1929年，天文学家哈勃公布 了一个震惊科学界的发现：所 有的河外星系都在离我们远去 。即宇宙在高速地膨胀着。宇 宙在膨胀，那么就可能有一个 膨胀的起点。天文学家勒梅特 认为，现在的宇宙是由一个“ 原始原子”爆炸而成的。这是 大爆炸说的前身。美国天文学 家伽莫夫接受并发展了勒梅特 的思想，于1948年正式提出 宇宙起源的大爆炸学说。大爆炸说 伽莫夫认为，宇宙最初是 一个温度极高、
10、密度极大 的由最基本粒子组成的“原 始火球”。根据现代物理学 ，这个火球必定迅速膨胀 ，它的演化过程好像一次 巨大的爆发。由于迅速膨 胀，宇宙密度和温度不断 降低，在这个过程中形成 了一些化学元素（原子核 ），然后形成由原子、分 子构成的气体物质.气体物 质又逐渐凝聚起星云，最 后从星云中逐渐产生各种 天体，成为现在的宇宙。 原始星云说 主要用来解释太阳系的形 成 18世纪下半叶由德国哲学 家康德和法国天文学家拉 普拉斯提出。他们认为： 太阳系是由一块星云收缩 形成的，先形成的是太阳 ，然后剩余的星云物质进 一步收缩演化形成行星。 现代星云说 现代星云说认为：形成太阳系的是银河系里 的一团密度
11、较大的星云，这块星云绕银河系 的中心旋转着，当它通过旋臂时受到压缩， 密度增大，达到一定密度时，星云就在自身 引力的作用下，逐渐收缩。收缩过程中，一 方面使星云中央部分内部增温，最后形成原 始太阳，当原始太阳中心温度达到700万摄 氏度时，氢聚变为氦的热核反应点火，于是 ，现代太阳便真正诞生了。另一方面，由于 星云体积缩小，因而自转加快，离心力增大 ，逐渐在赤道面附近形成一个星云盘。星云 盘上的物质在疑聚和吞并过程中，最后演化 为行星和其他小天体。 天上的星星确实最多，比地球上的人口多得多。但不 是最暗、最小的。 数不清的星星，是与太阳一样能发光的恒星，许多比 太阳大得多、亮得多。月亮是地球的
12、一颗卫星，是最 小的。 地球与水、金、火、木、土、天王、海王、（冥王） 等行星和一些小行星及彗星围绕太阳运行。 除水星、金星外，其他行星都有卫星，有的多达几十 颗。 这些行星、卫星、小行星和彗星与太阳一起构成太阳 系。 太阳系中的所有天体都跟随太阳围绕银河中心运行。 太阳只是银河系中千多亿颗恒星中的一颗。而宇宙 中还有亿万个像银河系这样的星系。宇宙到底有多大？宇宙航行 宇宙航行，就是在这样广袤的宇宙空间进 行的，而我们现在的太空活动范围，远远 不及海滨游泳池与大洋的比例。 著名科学家钱学森指出，宇宙航行应包括 两个阶段，第一阶段为航天，就是人类在 太阳系内的航行活动；第二阶段为航宇， 就是冲出
13、太阳系到银河系，乃至河外星系 去航行。 科学技术必须再有几次飞跃，人类才能实 现航宇的理想。 时间问题： 大多数人恐怕还没有到过千米以外的太空 ，而地球与月球的距离大约是千米的万 倍，地球与海王星的距离又是月球距离的万 倍，约亿千米。美国著名的“旅行者”号探 测器整整走了年才到达海王星。离我们最 近的恒星半人马座a星的距离，是到海王星距 离的万倍，约万亿千米，“旅行者”号要 飞行年才能到达。如果按一代人 工作年计算，则需要代人连续工 作才能实现。如果要返回的话，则时间还得加 倍。能源动力问题 飞船要达到每秒钟飞行.千米的速度才能克服 地球引力，围绕地球飞行；要达到每秒钟飞行 .千米的速度，才能
14、脱离地球引力，到行星际 空间去旅行。 为了送阿波罗马飞船到月球上去，美国人制造了 巨大的火箭“土星”。它由三级组成，加上装在 顶端的阿波罗飞船，有米高，重 多吨，最大直径达米。它的第一级发动机只 工作分半钟，消耗燃料就有多吨。按 一辆汽车每天用油千克计算，这些燃料可供 辆汽车使用年！ 要飞出太阳系，飞船必须要达到每秒钟飞行. 千米的速度，这该要多大的火箭？需要多少燃 料？实际上是不能用现在的火箭作航宇飞行的动 力的，即使携带着巨燃料的火箭能够起飞，带来 的问题也很多，而且速度也太慢。显然需要另想 办法。 通信问题 从半人马座a星向地球发电报，无线电波要走 年多才能达到，那里要收到回电，则需等
15、年。如果是万光年的距离，则来回要 万年。 要能走这么远的无线电波，需要一颗中等恒星 的发射功率、发报机的球形天线半径达 万千米。这样强大的通信电台是无法建在地 球上的，它发射的强大能量会即刻把地球毁灭 掉。即使是在离地球个天文单位的地方 建座球形天线半径为千米、作用距 离为万光年的无线电发射台，所以材料的质 量就是相当地球质量的五分之一，建造的时间 需要万万年！ 生命延续问题 一代人是不行的，飞船上必须要能容纳一 个“部落”，靠子孙相传，一代接一代地去 完成。这样，飞船上不仅要解决衣食住行 问题，而且要解决社会发展的所有问题， 也就是说飞船要携带一整个社会。 已发射的宇宙飞船能到达恒星吗 ？ 1972年发射了先锋10号飞船，也就是一种行星 探测器，它在第2年就飞过木星附近，然后飞向 远方，而且已经飞出太阳系，朝着恒星ROSS 248星的方向飞去，这是离太阳较近的恒星，距 离有10个光年，先锋1O号飞到那里需要33万 年。 旅行者飞船和它的情况差不多。就是向着最近 我们的一颗恒星半人马星座的比邻星（距离4 3光年）飞去也要15万年以上，可见这
